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函数式编程Lambda表达式

article 2024/12/26 20:14:35

函数式编程&Lambda表达式

定义

Lambda 表达式是一个匿名函数，用来实现函数式接口。它可以作为参数传递，也可以作为返回值。

能够使用Lambda表达式的一个重要依据是必须有相应的函数式接口，所谓的函数式接口，指的就是“一个接口中有且只能有一个抽象方法”。也就是说，如果一个接口只有一个抽象方法，那么该接口就是一个函数式接口。
如果我们在接口上声明了 @FunctionalInterface 注解，那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口，也就是该接口中有且只能定义一个抽象方法，如果该接口中定义了多个或0个抽象方法，则程序编译时就会报错。

Lambda和匿名内部类

所需类型不同
○ 匿名内部类：可以是接口，抽象类，具体类。
○ Lambda表达式：只能是接口。
使用限制不同
○ 如果接口中有且仅有一个抽象方法，可以使用Lambda表达式，也可以使用匿名内部类。
○ 如果接口中有多个抽象方法，则就只能使用匿名内部类，而不能使用Lambda表达式。

Lambda表达式的使用

Lambda表达式的语法

Lambda表达式本质就是一个匿名函数，在函数的语法中包含返回值类型、方法名、形参列表和方法体等，而在Lambda表达式中我们只需要关心形参列表和方法体即可。
在Java语言中，Lambda表达式的语法为“(形参列表) -> {方法体}”，其中“->”为 lambda操作符或箭头操作符，“形参列表”为对应接口实现类中重写方法的形参列表，“方法体”为对应接口实现类中重写方法的方法体。
接下来，我们就以匿名内部类为例，从而将匿名内部类演化为Lambda表达式，代码如下：

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 6, 1, 7, 2, 5, 4);
Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o2 - o1;
    }
});


System.out.println("排序后：" + list);

在以上的匿名内部类中，黄色背景颜色标注的代码都属于不可变的固定代码，而红色背景颜色标注的代码，属于可变的并且是完成该功能的核心代码。因此，将此处的匿名内部类转化为Lambda表达式，我们只需保留红色部分的形参列表和方法体即可，对应的Lambda表达式代码实现如下：

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 6, 1, 7, 2, 5, 4);
Collections.sort(list, (Integer o1, Integer o2) -> {
    return o2 - o1;
});
System.out.println("排序后：" + list);

在以上代码中，黄色背景颜色标注的就是重写于Comparator接口中抽象方法的形参列表，而红色背景颜色标注的就是重写方法对应方法体的代码实现。因此Lambda本质上就是去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的代码逻辑，从而让代码看起来更加的简洁且优雅。

Lambda表达式的使用

Lambda表达式的基本使用

接下来，我们以自定义的函数式接口为例，先从匿名对象的实现过程，慢慢演变为Lambda表达式的实现过程。另外，使用Lambda表达式的时候，则必须有上下文环境，才能推导出Lambda对应的接口类型。

无返回值函数式接口

情况一：无返回值无参数


```c
// 情况一：无返回值无参数
interface NoParameterNoReturn {
    void test();
}

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        NoParameterNoReturn obj1 = new NoParameterNoReturn() {
            @Override
            public void test() {
                System.out.println("无参无返回值");
            }
        };
        obj1.test();

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        NoParameterNoReturn obj2 = () -> {
            System.out.println("无参无返回值");
        };
        obj2.test();
    }

情况二：无返回值一个参数

// 情况二：无返回值一个参数
interface OneParameterNoReturn {
    void test(int num);
}

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        OneParameterNoReturn obj1 = new OneParameterNoReturn() {
            @Override
            public void test(int num) {
                System.out.println("无返回值一个参数 --> " + num);
            }
        };
        obj1.test(10);

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        OneParameterNoReturn obj2 = (int num) -> {
            System.out.println("无返回值一个参数 --> " + num);
        };
        obj2.test(20);
    }
}

情况三：无返回值多个参数

// 情况三：无返回值多个参数
interface MoreParameterNoReturn {
    void test(String str1, String str2);
}
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        MoreParameterNoReturn obj1 = new MoreParameterNoReturn() {
            @Override
            public void test(String str1, String str2) {
                System.out.println(str1 + " : " + str2);
            }
        };
        obj1.test("hello", "world");

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        MoreParameterNoReturn obj2 = (String str1, String str2) -> {
            System.out.println(str1 + " : " + str2);
        };
        obj2.test("你好", "世界");
    }
}

有返回值函数接口

情况一：有返回值无参数

// 情况一：有返回值无参数
interface NoParameterHasReturn {
    int test();
}

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        NoParameterHasReturn obj1 = new NoParameterHasReturn() {
            @Override
            public int test() {
                return 520;
            }
        };
        System.out.println(obj1.test()); // 输出：520

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        NoParameterHasReturn obj2 = () -> {
            return 1314;
        };
        System.out.println(obj2.test()); // 输出：1314
    }
}

情况二：有返回值一个参数

// 情况二：有返回值一个参数
interface OneParameterHasReturn {
    String test(double num);
}

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        OneParameterHasReturn obj1 = new OneParameterHasReturn() {
            @Override
            public String test(double num) {
                return "传入的小数为：" + num;
            }
        };
        System.out.println(obj1.test(520.0));

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        OneParameterHasReturn obj2 = (double num) -> {
            return "传入的小数为：" + num;
        };
        System.out.println(obj2.test(1314.0));
    }
}

情况三：有返回值多个参数

// 情况三：有返回值多个参数
interface MoreParameterHasReturn {
    String test(int num1, int num2);
}
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式一：使用匿名内部类来实现
        MoreParameterHasReturn obj1 = new MoreParameterHasReturn() {
            @Override
            public String test(int num1, int num2) {
                return "运算的结果为：" + (num1 + num2);
            }
        };
        System.out.println(obj1.test(10, 20));

        // 方式二：使用Lambda表达式来实现
        MoreParameterHasReturn obj2 = (int num1, int num2) -> {
            return "运算的结果为：" + (num1 + num2);
        };
        System.out.println(obj2.test(20, 30));
    }
}

Lambda表达式的语法精简

在以上代码中，虽然Lambda表达式的语法已经很简洁了，但是Lambda表达式的语法格式还可以更加的精简，从而写出更加优雅的代码，但是相应的代码可读性也会变差。
在以下的应用场景中，我们就可以对Lambda表达式的语法进行精简，场景如下：

形参类型可以省略，如果需要省略，则每个形参的类型都要省略。
如果形参列表中只存在一个形参，那么形参类型和小括号都可以省略。
如果方法体当中只有一行语句，那么方法体的大括号也可以省略。
如果方法体中只有一条return语句，那么大括号可以省略，且必须去掉return关键字。
接下来，我们就对以下的Lambda表达式代码进行精简，从而写出更加优雅的代码。

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        // (1)形参类型可以省略，如果需要省略，每个形参的类型都要省略。
        // 没有精简的Lambda表达式代码
        MoreParameterNoReturn obj1 = (String str1, String str2) -> {
            System.out.println(str1 + " : " + str2);
        };
        obj1.test("hello", "world");
        // 精简之后的Lambda表达式代码
        MoreParameterNoReturn obj2 = (str1, str2) -> {
            System.out.println(str1 + " : " + str2);
        };
        obj2.test("你好", "世界");

        // (2)如果形参列表中只有一个形参，那么形参类型和小括号都可以省略。
        // 没有精简的Lambda表达式代码
        OneParameterHasReturn obj3 = (double num) -> {
            return "传入的小数为：" + num;
        };
        System.out.println(obj3.test(520.0));
        // 精简之后的Lambda表达式代码
        OneParameterHasReturn obj4 = num -> {
            return "传入的小数为：" + num;
        };
        System.out.println(obj4.test(1314.0));

        // (3)如果方法体当中只有一行代码，那么方法体的大括号也可以省略。
        // 没有精简的Lambda表达式代码
        NoParameterNoReturn obj5 = () -> {
            System.out.println("无参无返回值");
        };
        obj5.test();
        // 精简之后的Lambda表达式代码
        NoParameterNoReturn obj6 = () -> System.out.println("无参无返回值");
        obj6.test();

        // (4)方法体中只有一条return语句，则大括号可以省略，且必须去掉return关键字
        // 没有精简的Lambda表达式代码
        MoreParameterHasReturn obj7 = (int a, int b) -> {
            return "运算的结果为：" + (a + b);
        };
        System.out.println(obj7.test(10, 20));
        // 精简之后的Lambda表达式代码
        MoreParameterHasReturn obj8 = (a, b) -> "运算的结果为：" + (a + b);
        System.out.println(obj8.test(20, 30));
    }
}

Lambda表达式的方法引用

方法引用的概述

我们在使用Lambda表达式的时候，如果Lambda表达式的方法体中除了调用现有方法之外什么都不做，满足这样的条件就有机会使用方法引用来实现。
在以下的代码中，在重写的apply()方法中仅仅只调用了现有Math类round()方法，也就意味着Lambda表达式中仅仅只调用了现有Math类round()方法，那么该Lambda表达式就可以升级为方法引用，案例如下：

// 需求：实现小数取整的操作
// 方式一：使用匿名对象来实现
Function<Double, Long> function1 = new Function<Double, Long>() {
    @Override
    public Long apply(Double aDouble) {
        return Math.round(aDouble);
    }
};
System.out.println(function1.apply(3.14));

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Function<Double, Long> function2 = aDouble -> Math.round(aDouble);
System.out.println(function2.apply(3.14));

// 方式三：使用方法引用来实现
Function<Double, Long> function3 = Math :: round;
System.out.println(function3.apply(3.14));

对于方法引用，我们可以看做是Lambda表达式深层次的表达。换句话说，方法引用就是Lambda表达式，也就是函数式接口的一个实例，通过方法的名字来指向一个方法，可以认为是Lambda表达式的一个语法糖。
在Lambda表达式的方法引用中，主要有实例方法引用、静态方法引用、特殊方法引用和构造方法引用、数组引用这五种情况，接下来我们就对这五种情况进行讲解。

实例方法引用

语法：对象 :: 实例方法
特点：在Lambda表达式的方法体中，通过“对象”来调用指定的某个“实例方法”。
要求：函数式接口中抽象方法的返回值类型和形参列表与内部通过对象调用某个实例方法的返回值类型和形参列表保持一致。
【示例】实例化Consumer接口的实现类对象，并在重写的accept()方法中输出形参的值

// 方式一：使用匿名内部类来实现
Consumer<String> consumer1 = new Consumer<String>() {
    @Override
    public void accept(String str) {
        System.out.println(str);
    }
};
consumer1.accept("hello world");

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Consumer<String> consumer2 = str -> System.out.println(str);
consumer2.accept("hello world");

// 方式三：使用方法引用来实现
Consumer<String> consumer3 = System.out :: println;
consumer3.accept("hello world");

静态方法引用

语法：类 :: 静态方法
特点：在Lambda表达式的方法体中，通过“类名”来调用指定的某个“静态方法”。
要求：函数式接口中抽象方法的返回值类型和形参列表与内部通过类名调用某个静态方法的返回值类型和形参列表保持一致。
【示例】使用Comparator比较器，来判断两个整数的大小

// 方式一：使用匿名内部类来实现
Comparator<Integer> comparator1 = new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return Integer.compare(o1, o2);
    }
};
System.out.println(comparator1.compare(10, 20));

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Comparator<Integer> comparator2 = (o1, o2) -> Integer.compare(o1, o2);
System.out.println(comparator2.compare(10, 20));

// 方式三：使用方法引用来实现
Comparator<Integer> comparator3 = Integer :: compare;
System.out.println(comparator3.compare(10, 20));

特殊方法引用

语法：类名 :: 实例方法
特点：在Lambda表达式的方法体中，通过方法的第一个形参来调用指定的某个“实例方法”。
要求：把函数式接口中抽象方法的第一个形参作为方法的调用者对象，并且从第二个形参开始（或无参）对应到该被调用实例方法的参数列表中，并且返回值类型保持一致。
【示例】使用Comparator比较器，来判断两个小数的大小

// 方式一：使用匿名内部类来实现
Comparator<Double> comparator1 = new Comparator<Double>() {
    @Override
    public int compare(Double o1, Double o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
};
System.out.println(comparator1.compare(10.0, 20.0));

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Comparator<Double> comparator2 = (o1, o2) -> o1.compareTo(o2);
System.out.println(comparator2.compare(10.0, 20.0));

// 方式三：使用方法引用来实现
Comparator<Double> comparator3 = Double :: compareTo;
System.out.println(comparator3.compare(10.0, 20.0));

构造方法引用

语法：类名 :: new
特点：在Lambda表达式的方法体中，返回指定“类名”来创建出来的对象。
要求：创建对象所调用构造方法形参列表和重写方法的形参列表保持一致，并且重写方法的返回值类型和创建对象的类型保持一致。
【示例】实例化Supplier接口的实现类对象，然后调用重写方法返回

Teacher对象
// 方式一：使用匿名内部类来实现
Supplier<Teacher> supplier1 = new Supplier<Teacher>() {
    @Override
    public Teacher get() {
        return new Teacher();
    }
};
System.out.println(supplier1.get());

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Supplier<Teacher> supplier2 = () -> new Teacher();
System.out.println(supplier2.get());

// 方式二：使用构造方法引用来实现
// 注意：根据重写方法的形参列表，那么此处调用了Teacher类的无参构造方法
Supplier<Teacher> supplier3 = Teacher :: new;
System.out.println(supplier3.get());

数组引用

语法：数组类型 :: new
特点：在Lambda表达式的方法体中，创建并返回指定类型的“数组”。
要求：重写的方法有且只有一个整数型的参数，并且该参数就是用于设置数组的空间长度，，并且重写方法的返回值类型和创建数组的类型保持一致。
【示例】实例化Function接口的实现类对象，并在重写方法中返回指定长度的int类型数组

// 方式一：使用匿名内部类来实
Function<Integer, int[]> function1 = new Function<Integer, int[]>() {
    @Override
    public int[] apply(Integer integer) {
        return new int[integer];
    }
};
System.out.println(Arrays.toString(function1.apply(10)));

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
Function<Integer, int[]> function2 = num -> new int[num];
System.out.println(Arrays.toString(function2.apply(20)));

// 方式三：使用方法引用来实现
Function<Integer, int[]> function3 = int[] :: new;
System.out.println(Arrays.toString(function3.apply(30)));

Lambda在集合当中的使用

为了能够让Lambda和Java的集合类集更好的一起使用，集合当中也新增了部分方法，以便与Lambda表达式对接，要用Lambda操作集合就一定要看懂源码。

forEach()方法

在Collection集合和Map集合中，都提供了forEach()方法用于遍历集合。
在Collection集合中，提供的forEach()方法的形参为Consumer接口（消费型接口），通过该方法再配合Lambda表达式就可以遍历List和Set集合中的元素。
【示例】遍历List集合中的元素

List<Integer> list = Arrays.asList(11, 22, 33, 44, 55);
// 方式一：使用匿名内部类来实现
list.forEach(new Consumer<Integer>() {
    /**
     * 获得遍历出来的元素
     * @param element 遍历出来的元素
     */
    @Override
    public void accept(Integer element) {
        System.out.println(element);
    }
});

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
list.forEach(element -> System.out.println(element));

// 方式三：使用方法引用来实现
list.forEach(System.out :: println);

【示例】遍历Set集合中的元素
List list = Arrays.asList(“aa”, “bb”, “cc”, “dd”);
HashSet hashSet = new HashSet<>(list);

// 方式一：使用匿名内部类来实现


hashSet.forEach(new Consumer<String>() {
    /**
     * 获得遍历出来的元素
     * @param element 遍历出来的元素
     */
    @Override
    public void accept(String element) {
        System.out.println(element);
    }
});
// 方式二：使用Lambda表达式来实现
hashSet.forEach(element -> System.out.println(element));

// 方式三：使用方法引用来实现
hashSet.forEach(System.out :: println);

在Map集合中，提供的forEach()方法的形参为BiConsumer接口，而BiConsumer接口属于两个参数的消费型接口，通过该方法再配合Lambda表达式就可以遍历Map集合中的元素。
【示例】遍历Map集合中的元素

// 实例化Map集合并添加键值对
HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("张三", "成都");
map.put("李四", "重庆");
map.put("王五", "西安");
// 方式一：使用匿名内部类来实现
map.forEach(new BiConsumer<String, String>() {
    /**
     * 获得遍历出来的key和value
     * @param key 键
     * @param value 值
     */
    @Override
    public void accept(String key, String value) {
        System.out.println("key：" + key + "，value：" + value);
    }
});
// 方式二：使用Lambda表达式来实现
map.forEach((k, v) -> System.out.println("key：" + k + "，value：" + v));

removeIf()方法

在Collection集合中，提供的removeIf()方法的形参为Predicate接口（判断型接口），通过该方法再配合Lambda表达式就可以遍历List和Set集合中的元素。
【示例】删除List集合中的某个元素

// 创建List集合并添加元素
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("aa", "bb", "cc", "dd"));
// 方式一：使用匿名内部类来实现
list.removeIf(new Predicate<String>() {
    /**
     * 删除指定的某个元素
     * @param element 用于保存遍历出来的某个元素
     * @return 返回true，代表删除；返回false，代表不删除
     */
    @Override
    public boolean test(String element) {
        return "bb".equals(element);
    }
});
System.out.println(list); // 输出：[aa, cc, dd]

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
list.removeIf("cc" :: equals);
System.out.println(list); // 输出：[aa, dd]

【示例】删除Set集合中的某个元素

List<String> list = Arrays.asList("aa", "bb", "cc", "dd");
HashSet<String> hashSet = new HashSet<>(list);
// 方式一：使用匿名内部类来实现
hashSet.removeIf(new Predicate<String>() {
    /**
     * 删除指定的某个元素
     * @param element 用于保存遍历出来的某个元素
     * @return 返回true，代表删除；返回false，代表不删除
     */
    @Override
    public boolean test(String element) {
        return "bb".equals(element);
    }
});
System.out.println(hashSet); // 输出：[aa, cc, dd]

// 方式二：使用Lambda表达式来实现
hashSet.removeIf("cc" :: equals);
System.out.println(hashSet); // 输出：[aa, dd]